CN102072817B - 一种恒流式时序控制点火装置及控制方法 - Google Patents

一种恒流式时序控制点火装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种恒流式时序控制点火装置及控制方法，包括计算机控制主机、人机对话触摸屏、D/A转换器、外部物理短路环、数字控制式恒流源和点火输出控制开关；外部物理短路环控制计算机控制主机I/O接口的工作状态；人机对话触摸屏传输时序信号给计算机控制主机，计算机控制主机通过人机对话触摸屏显示点火装置的工作状态；计算机控制主机根据时序信号向点火输出控制开关和D/A转换器传输控制信号，D/A转换器将接受的数字控制信号转换为电压控制信号传输给数字控制式恒流源；数字控制式恒流源通过点火输出控制开关输出点火电流。本发明采用恒流方式点火可以实现点火元件获得的电流恒定且可控，实现点火元件的可靠点火。

Description

一种恒流式时序控制点火装置及控制方法
技术领域
本发明属于火箭发动机测试技术领域，具体为一种恒流式时序控制点火装置及控制方法。
背景技术
目前，现有火箭发动机地面实验点火方式大多数采用的是恒压点火方式，恒压点火方式使用时间比较长，比较成熟，实现起来也较为简单。但恒压点火方式有两个很明显的缺点：
1)不能保证点火头电流的足够和唯一。一般在进行点火操作时，从点火器到点火头之间要经过点火电缆、各种安全开关等设备，由此将会增加点火线路中的电阻，由于每次操作以及材料的不同，电阻阻值也会出现不一致。如果每次使用同样的电压点火就不能保证点火的可靠；如果每次进行电阻测量，然后进行电压的调整，带来的问题一是工作较为繁琐且不够安全(因为点火头是不能带电操作的)，二是目前国家标准要求点火电压不超过30V，恒压点火方式常常不能满足点火标准要求；
2)不能解决和避免点火头短路问题。因为在点火工作结束后，有时会出现点火头短路现象，如果采用恒压方式点火，此时电流迅速增大，会很容易引发点火器损坏故障，导致实验电路中断而出现实验失败；
此外，目前的点火装置的控制方式多为手动方式，且只能实现点火单一功能，不能同其他设备联动。由于火箭发动机的多样化发展，实验中增加了各类控制器、控制阀门以及仪器等诸多外部调节控制类设备，这些设备在使用中都要求与点火装置实现联动，并且要求能够实现自动化操作，而目前的点火器不能实现的实验要求。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种恒流式时序控制点火装置及控制方法。具体技术方案如下：
技术方案
所述一种恒流式时序控制点火装置，其特征在于：包括计算机控制主机、人机对话触摸屏、D/A转换器、外部物理短路环、数字控制式恒流源和点火输出控制开关；外部物理短路环控制计算机控制主机I/O接口的工作状态，计算机控制主机通过查询I/O接口的工作状态确定外部物理短路环的工作状态；人机对话触摸屏传输时序信号给计算机控制主机，计算机控制主机通过人机对话触摸屏显示点火装置的工作状态；计算机控制主机根据时序信号向点火输出控制开关和D/A转换器传输控制信号，D/A转换器将接受的数字控制信号转换为电压控制信号传输给数字控制式恒流源；数字控制式恒流源通过点火输出控制开关输出点火电流。
所述一种恒流式时序控制点火装置，优选所述点火装置还包括有外部状态调节开关，计算机控制主机根据时序信号控制外部状态调节开关。
所述一种恒流式时序控制点火装置的控制方法，其特征在于：
步骤1：接通外部物理短路环，使计算机控制主机I/O接口处于接地状态，计算机控制主机不执行输出操作；通过人机对话触摸屏向计算机控制主机输入时序信号，时序信号包括点火倒计时时长、点火电流、点火开始时间以及点火关闭时间；
步骤2：断开外部物理短路环，使计算机控制主机I/O接口处于空置状态，允许计算机控制主机执行输出操作，通过人机对话触摸屏向计算机控制主机输入启动点火时序的信号，计算机控制主机按照步骤1中输入的时序信号发出传输控制信号，D/A转换器将控制信号传输给数字控制式恒流源，数字控制式恒流源通过点火输出控制开关输出点火电流。
所述一种恒流式时序控制点火装置的控制方法，优选步骤1中的时序信号还包括有外部状态调节开关的开启时间和关闭时间。
有益效果
本发明提供了一种更安全可靠，控制简单，使用灵活，可自动控制的智能时序控制点火器。采用人机对话触摸屏设计，方便用户进行参数设置，并且可以让用户实时观察点火器的工作状态；采用了外部物理短路环，可以规避由于静电以及误操作等因素引起的误点火，从而保证点火的安全性和可靠性；采用恒流方式点火可以实现点火元件获得的电流恒定且可控，实现点火元件的可靠点火；根据欧姆定律得知，采用恒流方式点火，当点火元件短路点火电阻趋向于0时，此时点火电源做功为0，因此完全可以保障整个点火的安全性，从而避免因点火元件短路造成电路系统故障；可以实现外部控制设备的控制，并可以与点火指令组成时序实现自动控制。
附图说明
图1：恒流式时序控制点火装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明。
实施例：
本实施例中恒流式时序控制点火装置包括计算机控制主机、人机对话触摸屏、D/A转换器、外部物理短路环、数字控制式恒流源、点火输出控制开关和外部状态调节开关。
人机对话触摸屏与计算机控制主机相连，通过人机对话触摸屏，将用户的要求按照时序信号传输给计算机控制主机，其中时序信号包括点火倒计时时长、点火电流、点火开始及关闭时间、外部状态调节开关的开启及关闭时间；而在人机对话触摸屏上则向用户反馈点火装置的工作状态参数：包括外部物理短路环是否关闭、点火倒计时、点火电流、点火装置的工作状态。
外部物理短路环为恒流式时序控制点火装置的安全保险机构，保证外界干扰以及误操作不会触发点火头。外部物理短路环与计算机控制主机相连，外部物理短路环控制计算机控制主机的I/O接口是否接地，计算机控制主机通过查询I/O接口的状态实现外部物理短路环工作状态的查询；当外部物理短路环接通时，计算机控制主机的I/O接口为接地状态，此时计算机控制主机不执行输出操作；当外部物理短路环断开时，计算机控制主机的I/O接口为空置状态，此时计算机控制主机执行输出操作。
数字控制式恒流源通过D/A转换器与计算机控制主机相连，D/A转换器将计算机控制主机发出的控制信号转换后传输给数字控制式恒流源。
点火输出控制开关和外部状态调节开关为控制执行器，分别与计算机控制主机相连，由计算机控制主机控制点火输出控制开关和外部状态调节开关的通断。只有点火输出控制开关接通时，才可实现发动机点火功能；也只有外部状态调节开关接通时，外部联接的可控设备才可以工作。
本实施例中采用的数字控制式恒流源为数字程控的0到10A连续可调的恒流源，作为点火装置中点火电流的输出源，这完全满足火箭发动机点火的需求，同时按照国家标准，点火输出电压设计不超过30V。计算机控制主机采用的FX2N-16MT型CPU，按照用户输入的要求发出时序控制信号，可以提供最小时间间隔为5ms的时序，输出时间精度达到±3ms。D/A转换器采用的是精度为0.001的电压式D/A变换器，可将计算机控制主机发出的数字控制信号转换为1～5V的电压信号传输给数字控制式恒流源。
用户在使用本发明时，首先接通外部物理短路环，使计算机控制主机I/O接口处于接地状态，计算机控制主机不执行输出操作；然后通过人机对话触摸屏设置点火倒计时时长、点火电流、点火开始及关闭时间、外部状态调节开关的开启及关闭时间，形成时序信号并传输给计算机控制主机；其次断开外部物理短路环，使计算机控制主机I/O接口处于空置状态，允许计算机控制主机执行输出操作；此时人机对话触摸屏上显示之前设置的用户要求以及外部物理短路环的状态；最后通过人机对话触摸屏向计算机控制主机输入启动点火时序的信号，计算机控制主机按照先前输入的时序信号向点火输出控制开关和外部状态调节开关发出控制信号，并通过D/A转换器向数字控制式恒流源发出控制信号，当达到设定的点火时间时，计算机控制主机控制点火输出控制开关接通，数字控制式恒流源按照要求发出点火电流，实现点火。在其他如点火关闭时间、外部状态调节开关的开启及关闭时间时，计算机控制主机按照时序信号要求控制相应地开关通断，从而达到将外部控制设备的控制与点火指令组成时序实现自动控制的目的。

Claims (4)

1.一种恒流式时序控制点火装置，其特征在于：包括计算机控制主机、人机对话触摸屏、D/A转换器、外部物理短路环、数字控制式恒流源和点火输出控制开关；外部物理短路环控制计算机控制主机I/O接口的工作状态，计算机控制主机通过查询I/O接口的工作状态确定外部物理短路环的工作状态；人机对话触摸屏传输时序信号给计算机控制主机，计算机控制主机通过人机对话触摸屏显示点火装置的工作状态；计算机控制主机根据时序信号向点火输出控制开关和D/A转换器传输控制信号，D/A转换器将接受的数字控制信号转换为电压控制信号传输给数字控制式恒流源；数字控制式恒流源通过点火输出控制开关输出点火电流。
2.根据权利要求1所述的一种恒流式时序控制点火装置，其特征在于：所述点火装置还包括有外部状态调节开关，计算机控制主机根据时序信号控制外部状态调节开关。
3.一种恒流式时序控制点火装置的控制方法，其特征在于：
步骤1：接通外部物理短路环，使计算机控制主机I/O接口处于接地状态，计算机控制主机不执行输出操作；通过人机对话触摸屏向计算机控制主机输入时序信号，时序信号包括点火倒计时时长、点火电流、点火开始时间以及点火关闭时间；
步骤2：断开外部物理短路环，使计算机控制主机I/O接口处于空置状态，允许计算机控制主机执行输出操作，通过人机对话触摸屏向计算机控制主机输入启动点火时序的信号，计算机控制主机按照步骤1中输入的时序信号发出传输控制信号，D/A转换器将控制信号传输给数字控制式恒流源，数字控制式恒流源通过点火输出控制开关输出点火电流。
4.根据权利要求3所述的一种恒流式时序控制点火装置的控制方法，其特征在于：步骤1中的时序信号还包括有外部状态调节开关的开启时间和关闭时间。
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